一种电子封装材料的制备方法技术

一种电子封装材料的制备方法，采用激光3D打印工艺，所述电子封装材料成分至少包括钨和铜，并且钨和铜的重量比在不同的打印层呈梯度变化，通过将混合有钨粉末和铜粉末的钨铜预混合粉末与仅含有铜粉末的单一铜粉末以不同的送粉量在线混合送粉并逐层打印以获得所述的钨和铜的重量比呈梯度变化的不同打印层。本发明专利技术改变了传统的多粉筒送粉方式中将两种或多种单一组成的粉末仅依靠在线混合的粉料输送方式，使得进入载气粉腔和通过粉末喷嘴喷出的混合粉末中具有了一定量事先分布均匀的易熔易烧结的铜元素，减少了喷出粉末混合不均匀的问题或大的成分误差，使熔覆层质量更高，电子封装材料的内部缺陷更少。

A preparation method of electronic packaging materials

【技术实现步骤摘要】
一种电子封装材料的制备方法
本专利技术涉及电子封装材料制备
，具体涉及一种采用3D打印工艺制备具有梯度成分的钨铜电子封装材料的方法。
技术介绍
随着电子技术的发展，封装的小型化和组装的高密度化对电子组装质量和封装材料的要求越来越高，钨铜电子封装材料具有优良的导热性能和可调节的热膨胀系数，是目前国内外军用电子元器件特别是固态相控阵雷达首选的电子封装材料。虽然我国研制的钨铜电子封装材料的性能已接近国际同类产品的水平，但随着钨铜电子封装材料零部件的品种、规格愈来愈多，性能要求越来越高，目前常用的熔渗烧结工艺存在熔渗工艺周期长，熔渗比例和熔渗梯度不可控等问题，这也导致产品合格率低，生产效率低，生产成本高。3D打印技术在制造效率和成分可控性方面具有得天独厚的优势，由于3D打印技术同样是采用粉末为原料的，在原料成本上与熔渗工艺相当，但在工艺性和生产效率方面都要高于熔渗工艺，在电子封装材料的制备方面具有非常大的产业化应用前景，国内一些高校和科研机构率先将3D打印技术引入电子封装材料的制造中，并取得了一些效果，例如中南大学马莉等开发了一种作为高性能电子封装功能材料的三维网络金刚石骨架增强铜基复合材料，其中在制备Cu三维网络时采用了3D打印技术，该技术可参见中国专利201510661499.5；大连交通大学陆兴等则利用同轴送粉激光3D打印方法制得了成分恒定或者随着打印层数的增加具有所需成分梯度变化的钨铜合金构件，该技术可参见中国专利201710229361.7。虽然上面的一些研究中也利用了同轴送粉激光3D打印方法制备钨铜电子封装材料，但将相关工艺应用到产业中尚存在一些问题，这主要是因为钨的熔点非常高，3D打印中的激光能量不可能将钨全部熔化，其烧结机理主要还是靠促成铜的熔融以起到粘接、烧结和致密作用，而在利用同轴送粉激光3D打印方法制备钨铜电子封装材料时，为了构造成分梯度，钨粉末和铜粉末需要在线混合，钨粉末和铜粉末在未进行任何预混的情况下仅仅通过载气腔道的气悬作用混合并输送到激光束下时，这就可能因为载气的不稳定以及粉末喷嘴的固有缺陷导致钨铜混合不均匀甚至是大的出料误差，从而导致在相对稳定的激光能量下出现熔覆层内局部过熔或欠熔，给产品留下缺陷。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出一种电子封装材料的制备方法，改变传统的将两种或多种单一组成的粉末仅依靠在线混合的粉料输送方式，而是根据预先设计的钨铜成分梯度，先制备具有一定铜含量的钨铜预混合粉末，然后与仅含有铜粉末的单一铜粉末以不同的送粉量在线混合送粉并逐层打印，在提高了梯度成分的控制精度的同时，也使粉末成分混合更均匀，熔覆层质量更高。本专利技术的技术方案如下：一种电子封装材料的制备方法，采用激光3D打印工艺，所述电子封装材料成分至少包括钨和铜，并且钨和铜的重量比在不同的打印层呈梯度变化，通过将混合有钨粉末和铜粉末的钨铜预混合粉末与仅含有铜粉末的单一铜粉末以不同的送粉量在线混合送粉并逐层打印以获得所述的钨和铜的重量比呈梯度变化的不同打印层。如上所述的一种电子封装材料的制备方法，具体包括如下步骤：(1)分别准备钨粉末和铜粉末；(2)取钨粉末，按设定的重量百分比加入铜粉末，在球磨机或搅拌机中充分混合均匀得到预混合粉末；(3)将步骤(2)得到的预混合粉末加入第一送粉筒中，将单一铜粉末加入第二送粉筒中，调试送粉器，确保载气气源和输送管道工作正常；(4)启动激光3D打印设备，按照设定程序调节成型腔内氧浓度，预热基板，直至符合打印要求；(5)启动打印程序，通过调节第一送粉筒和第二送粉筒的送粉速率向基板或预制钨基底层上的打印起点位置输送设定组成的钨铜混合粉末，同时激光束照射到钨铜混合粉末上对钨铜混合粉末进行熔覆，按照程序设定的扫描路径完成一层或多层打印层的制造，直到达到设定层高；(6)改变第一送粉筒和第二送粉筒的相对送粉速率，向已经完成的打印层上输送钨和铜的重量比改变后的钨铜混合粉末，同时激光束照射到钨铜混合粉末上对钨铜混合粉末进行熔覆，按照程序设定的扫描路径完成一层或多层打印层的制造，直到达到设定层高；(7)继续改变第一送粉筒和第二送粉筒的相对送粉速率，重复步骤(6)的操作，直至完成全部打印层的制造，获得钨和铜的重量比呈梯度变化的电子封装材料；(8)对步骤(7)得到的电子封装材料进行尺寸加工和/或后处理。如上所述的一种电子封装材料的制备方法，在所述步骤(2)中，所述预混合粉末中铜粉末的重量占比为5％-15％，在所述步骤(5)中，所述设定组成的钨铜混合粉末中铜粉末的重量占比为5％-15％。如上所述的一种电子封装材料的制备方法，具体包括如下步骤：(1)分别准备钨粉末和铜粉末；(2)取部分钨粉末，按设定的第一重量百分比加入铜粉末，在球磨机或搅拌机中充分混合均匀得到第一预混合粉末，取剩余部分钨粉末，按设定的第二重量百分比加入铜粉末，在球磨机或搅拌机中充分混合均匀得到第二预混合粉末；(3)将步骤(2)得到的第一预混合粉末加入第一送粉筒中，将单一铜粉末加入第二送粉筒中，将步骤(2)得到的第二预混合粉末加入第三送粉筒中，调试送粉器，确保载气气源和输送管道工作正常；(4)启动激光3D打印设备，按照设定程序调节成型腔内氧浓度，预热基板，直至符合打印要求；(5)启动打印程序，通过调节第一送粉筒和第二送粉筒的送粉速率向基板或预制钨基底层上的打印起点位置输送设定组成的钨铜混合粉末，同时激光束照射到钨铜混合粉末上对钨铜混合粉末进行熔覆，按照程序设定的扫描路径完成一层或多层打印层的制造，直到达到设定层高；(6)改变第一送粉筒和第二送粉筒的相对送粉速率，向已经完成的打印层上输送钨和铜的重量比改变后的钨铜混合粉末，同时激光束照射到钨铜混合粉末上对钨铜混合粉末进行熔覆，按照程序设定的扫描路径完成一层或多层打印层的制造，直到达到设定层高；(7)继续改变第一送粉筒和第二送粉筒的相对送粉速率，重复步骤(6)的操作，直至需要打印的当前层中铜的重量占比将要达到、刚好达到或刚好超过第二预混合粉末中铜粉末的重量占比时，通过调节第三送粉筒和第二送粉筒的送粉速率向已经完成的打印层上输送钨和铜的重量比改变后的钨铜混合粉末，同时激光束照射到钨铜混合粉末上对钨铜混合粉末进行熔覆，按照程序设定的扫描路径完成一层或多层打印层的制造，直到达到设定层高，然后，继续改变第三送粉筒和第二送粉筒的相对送粉速率，重复送粉和熔覆操作，直至完成全部打印层的制造，获得钨和铜的重量比呈梯度变化的电子封装材料；(8)对步骤(7)得到的电子封装材料进行尺寸加工和/或后处理。如上所述的一种电子封装材料的制备方法，在所述步骤(2)中，第一预混合粉末中铜粉末的重量占比为5％-15％，第二预混合粉末中铜粉末的重量占比为45％-55％，在所述步骤(5)中，所述设定组成的钨铜混合粉末中铜粉末的重量占比为5％-15％，在所述步骤(7)中，开始引入第三送粉筒中的第二预混合粉末时，需要打印的当前层中铜的重量占比为45％-55％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子封装材料的制备方法，采用激光3D打印工艺，所述电子封装材料成分至少包括钨和铜，并且钨和铜的重量比在不同的打印层呈梯度变化，其特征在于，通过将混合有钨粉末和铜粉末的钨铜预混合粉末与仅含有铜粉末的单一铜粉末以不同的送粉量在线混合送粉并逐层打印以获得所述的钨和铜的重量比呈梯度变化的不同打印层。/n

【技术特征摘要】
1.一种电子封装材料的制备方法，采用激光3D打印工艺，所述电子封装材料成分至少包括钨和铜，并且钨和铜的重量比在不同的打印层呈梯度变化，其特征在于，通过将混合有钨粉末和铜粉末的钨铜预混合粉末与仅含有铜粉末的单一铜粉末以不同的送粉量在线混合送粉并逐层打印以获得所述的钨和铜的重量比呈梯度变化的不同打印层。


2.根据权利要求1所述的一种电子封装材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)分别准备钨粉末和铜粉末；
(2)取钨粉末，按设定的重量百分比加入铜粉末，在球磨机或搅拌机中充分混合均匀得到预混合粉末；
(3)将步骤(2)得到的预混合粉末加入第一送粉筒中，将单一铜粉末加入第二送粉筒中，调试送粉器，确保载气气源和输送管道工作正常；
(4)启动激光3D打印设备，按照设定程序调节成型腔内氧浓度，预热基板，直至符合打印要求；
(5)启动打印程序，通过调节第一送粉筒和第二送粉筒的送粉速率向基板或预制钨基底层上的打印起点位置输送设定组成的钨铜混合粉末，同时激光束照射到钨铜混合粉末上对钨铜混合粉末进行熔覆，按照程序设定的扫描路径完成一层或多层打印层的制造，直到达到设定层高；
(6)改变第一送粉筒和第二送粉筒的相对送粉速率，向已经完成的打印层上输送钨和铜的重量比改变后的钨铜混合粉末，同时激光束照射到钨铜混合粉末上对钨铜混合粉末进行熔覆，按照程序设定的扫描路径完成一层或多层打印层的制造，直到达到设定层高；
(7)继续改变第一送粉筒和第二送粉筒的相对送粉速率，重复步骤(6)的操作，直至完成全部打印层的制造，获得钨和铜的重量比呈梯度变化的电子封装材料；
(8)对步骤(7)得到的电子封装材料进行尺寸加工和/或后处理。


3.根据权利要求2所述的一种电子封装材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，所述预混合粉末中铜粉末的重量占比为5％-15％，在所述步骤(5)中，所述设定组成的钨铜混合粉末中铜粉末的重量占比为5％-15％。


4.根据权利要求2所述的一种电子封装材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)分别准备钨粉末和铜粉末；
(2)取部分钨粉末，按设定的第一重量百分比加入铜粉末，在球磨机或搅拌机中充分混合均匀得到第一预混合粉末，取剩余部分钨粉末，按设定的第二重量百分比加入铜粉末，在球磨机或搅拌机中充分混合均匀得到第二预混合粉末；
(3)将步骤(2)得到的第一预混合粉末加入第一送粉筒中，将单一铜粉末加入第二送粉筒中，将步骤(2)得到的第二预混合粉末加入第三送粉筒中，调试送粉器，确保载气气源和输送管道工作正常；
(4)启动激光3D打印设备，按照设定程序调节成型腔内氧浓度，预热基板，直至符合打印要求；
(5)启动打印程序，通过调节第...

【专利技术属性】
技术研发人员：王书平，宋雅静，
申请(专利权)人：山东水利职业学院，
类型：发明
国别省市：山东;37